هذا يعني أن هذه القيم الثلاث لا يمكن أن تكون مستقلة ؛ إذا كنت تعرف اثنين منهم ، يمكنك اشتقاق الثالث. كيف يتعامل الفيزيائيون مع هذا؟ نحدد سرعة الضوء على أنها بالضبط 299،792،458 مترًا في الثانية. (كيف نعرف أنه دقيق؟ لأننا نحدد مترًا حيث يسافر ضوء المسافة في 1/299،792،458 من الثانية.) ثم نقيس الثابت المغناطيسي (μ0) واستخدم هذه القيمة جنبا إلى جنب مع سرعة الضوء لحساب ثابت الكهرباء (ε0).
ربما يبدو أن هذا يخدع ، ولكن حتى البدء في القيام بالعلوم الفعلية ، في مرحلة ما ، يتعين علينا تعويض وحدات تعسفية وتحديد بعض المعلمات. في الواقع ، عندما تنزل إليها ، تتكون جميع أنظمة القياس ، تمامًا مثل كل الكلمات.
نفاذية المساحة الحرة
الحقول المغناطيسية (ممثلة بالرمز ب) يمكن إنشاؤها بواسطة المغناطيس ، كما هو موضح في أعلى الصورة. ولكن بسبب هذا الترابط الذي تحدثنا عنه ، يمكن أيضًا إجراء رسوم كهربائية. (أنا أستخدم المصطلح المختصر “رسوم” للجزيئات المشحونة ، مثل الإلكترونات)
يمكنك رؤية الثابت المغناطيسي (μ0) في هناك. لدينا أيضًا قيمة الشحنة الكهربائية (س) التحرك بسرعة معينة (الخامس). لذلك يقول هذا المجال المغناطيسي يزداد مع الشحنة الكهربائية وينخفض مع المسافة (ص) من الشحنة المتحركة – والثابت المغناطيسي يخبرنا بدقة كم يختلف.
بالطبع ، نحن لا نتعامل مع الإلكترونات المتحركة الفردية في كثير من الأحيان. لكننا نتعامل مع تيارات نقل الإلكترونات طوال الوقت: هذا هو التيار الكهربائي ، وهو ما يمكننا قياسه. إذا عرفنا الشحنة على الجسيمات في coulombs ، فإن عدد coulombs المتدفق في الثانية يعطينا التيار (أنا) في amperes. ويمكننا كتابة المعادلة أعلاه من حيث التيار: ب = μ0I/(2πr).
إنه في كل مكان
ما يخبرنا هذا هو ذلك يولد التيار الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا. يستخدم هذا في جميع أنواع الآلات. على سبيل المثال ، يمنحنا المغناطيسات الكهرومغناطيسية ، حيث يمكن تشغيل القوة المغناطيسية وإيقافها لتحريك الأشياء المعدنية في المصانع وحوائط الفك. إنها أيضًا كيف تخلق مكبرات الصوت الصوتية صوتًا: تهتز إشارة كهربائية سائق مغناطيسي ، والذي يولد موجات الضغط في الهواء.
أيضًا تؤثر الحقول المغناطيسية على التيارات الكهربائية. هذه هي الطريقة التي تعمل بها المحركات. هناك تيار يمر عبر ملف من الأسلاك في وجود مجال مغناطيسي يتم إنشاؤه عادةً مع بعض المغناطيس الدائم. إن القوة الموجودة على ملف الأسلاك تسببها في الدوران ، وهناك محركك. يمكن أن يكون محرك مروحة ، أو جزء من ضاغط التيار المتردد ، أو محرك الأقراص الرئيسي للسيارة الكهربائية.
انتظر! هناك المزيد. مثلما يخلق الحقل الكهربائي تغيير مجال مغناطيسي ، حقل مغناطيسي متغير يخلق مجالًا كهربائيًا– والتي تنتج تيار كهربائي. هذه هي الطريقة التي يتم بها توليد معظم قوتنا. بعض مصدر الطاقة – الإحتيار ، الرياح ، الماء المتحرك ، أيا كان – يربط التوربينات التي تدور لفائف داخل حقل مغناطيسي. يؤدي التدفق المغناطيسي المتغير إلى جهد في الملف ، ويحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية يمكن أن تنتقل إلى منزلك.
قياس الثابت المغناطيسي
كيف يمكننا قياس μ0؟ تستخدم إحدى الطرق ما يسمى التوازن الحالي. نسخة بسيطة من هذا لها سلكان متوازيان يحملان التيار الكهربائي (أنا) في اتجاهين متعاكسين ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه. ثم تقوم بتعليق الأسلاك مع سلاسل حتى يتمكنوا من الانتقال ، مثل هذا:
يقوم التيار في كل سلك بإنشاء مجال مغناطيسي في موقع السلك الآخر ، وهذا يدفعهم بعيدًا. أثناء الابتعاد ، تتناقص القوة المغناطيسية وتزداد المكون الأفقي للتوتر في سلسلة الدعم (بسبب التغير في الزاوية). بمجرد أن تكون هاتان القوتان متساوية ، ستكون الأسلاك “متوازنة”.
إذا كنت تعرف قيمة التيار الكهربائي والمسافة بين الأسلاك (ص) ، يمكنك تحديد الثابت المغناطيسي ، μ0. بعد ذلك ، كما أظهرنا أعلاه ، يمكنك استخدام هذه القيمة مع السرعة المحددة للضوء لحساب ثابت الكهرباء ، ε0.
لذا ، نعم ، الكل في الكل ، يمكنك أن تقول أن الثابت المغناطيسي مهم جدًا. أوه ، وما هذه القيمة الثابتة؟ وفقا للجنة الدولية للأوزان والتدابير ، μ0 = 1.256637061272 × 10-6 ن/أ2. لا أكثر ، لا أقل.
